Газовый дросселирующий сепаратор

Изобретение относится к газодобывающей промышленности и может быть использовано в любых отраслях промышленности для очистки газовых смесей от капельной жидкости и механических примесей и/или для дросселирования газов с сохранением температуры входящих газов и частичным подогревом. Сепаратор включает корпус с днищами, выполненный из двух соосно установленных цилиндрических обечаек, верхняя из которых имеет меньший диаметр, чем нижняя. Нижняя кромка верхней обечайки расположена в верхней части нижней обечайки. В верхней части сепаратора установлен тангенциальный патрубок для ввода газа и аксиальный патрубок для вывода газа. Сепаратор снабжен отсекателем жидкой фазы, верхняя кромка которого расположена с образованием кольцевой щели между ней и нижней кромкой верхней обечайки, при этом нижняя часть отсекателя выполнена с образованием кольцевой камеры для накопления шлама, для вывода которого сепаратор снабжен патрубком, установленным в нижней обечайке. Соосно с корпусом установлено дросселирующее устройство, выполненное в виде трубы, соединенной с патрубком для вывода газа, в нижней части которой выполнена, по меньшей мере, одна пара либо соосно расположенных радиальных отверстий, либо установленных под одинаковым углом к оси трубы наклонных отверстий. Целесообразно отверстия расположить в шахматном порядке. В трубе установлено регулировочное устройство цилиндрической формы с возможностью осевого перемещения для перекрывания, по меньшей мере, одной пары указанных отверстий. Использование сепаратора позволит повысить степень очистки газа за счет организации потока уловленной жидкой фазы с механическими примесями нисходящим потоком, что, кроме того, исключит вторичный ее унос; обеспечит подогрев газов на выходе сепаратора и, в итоге, бесперебойную работу сепаратора и последующей аппаратуры, а также возможность снизить расход химреагентов для предотвращения гидратообразования или отказаться от них; обеспечит снижение шума в процессе работы за счет взаимного торможения встречных струй газа, истекающих из отверстий. 7 з.п. ф-лы. 1 ил.

 

Изобретение относится к газодобывающей промышленности и может быть использовано в любых отраслях промышленности для очистки газовых смесей от капельной жидкости и механических примесей и/или для дросселирования газов с сохранением температуры входящих газов и частичным подогревом.

Известен газовый центробежный сепаратор, содержащий цилиндрический корпус с патрубком для подвода газа, патрубками для отвода примесей и очищенного газа. В верхней части корпуса установлена соединенная с осевым каналом распределительная камера, к боковой стенке которой тангенциально прикреплен патрубок подвода неочищенного газа. В осевом канале выполнены отверстия, которые посредством винтовых каналов соединены с вертикальным каналом для отвода отсепарированной примеси (жидкой фазы) (Авт.свид. №1634301, кл. B 01 D 45/12, 1991 г.).

Недостатками этого сепаратора являются низкая эффективность очистки от жидких и мелкодисперсных примесей, возможность вторичного уноса уловленных примесей и, кроме того, повышенный шум в процессе работы сепаратора.

Наиболее близким к заявляемому объекту является центробежный газовый дросселирующий сепаратор, включающий корпус и дросселирующее устройство с запирающим шаровым элементом (Авт.свид. №413962, кл. В 01 D 45/12, 1972 г.).

Недостатки данного газового дросселирующего сепаратора - низкая эффективность при восходящем потоке уловленной жидкой фазы с механическими примесями и вторичный унос жидкости с мелкодисперсными частицами.

Кроме того, резкое снижение температуры газов в результате дросселирования создает проблемы, связанные с выпадением гидратов и закупоркой выходного патрубка, а также перекрытием труб, установленных в последующей за сепаратором аппаратуре.

Следует отметить высокий шум в процессе работы дросселирующего устройства.

Изобретение направлено на увеличение степени очистки газа от механических примесей и жидкой фазы с одновременным повышением температуры газа на выходе и снижением шума при дросселировании газа.

Это достигается тем, что в газовом дросселирующем сепараторе, включающем корпус с днищами, патрубками для входа и выхода газа и дросселирующее устройство, корпус выполнен из двух соосно установленных цилиндрических обечаек, верхняя из которых имеет меньший диаметр, причем ее нижняя кромка расположена внутри нижней обечайки, сепаратор снабжен отсекателем жидкой фазы, верхняя кромка которого расположена с образованием кольцевой щели между ней и верхней обечайкой, при этом нижняя часть отсекателя выполнена с образованием кольцевой камеры для накопления шлама, патрубок для входа газа установлен в верхней обечайке сепаратора и выполнен тангенциально, а дросселирующее устройство выполнено в виде трубы, соединенной с патрубком для вывода газа, в нижней части которой выполнена, по меньшей мере, одна пара либо соосно расположенных радиальных отверстий, либо установленных под одинаковым углом к оси трубы наклонных отверстий.

В трубе установлено регулировочное устройство цилиндрической формы, например поршень, с возможностью осевого перемещения для перекрывания, по меньшей мере, одной пары указанных отверстий.

Указанные пары соосных отверстий расположены с образованием горизонтальных и/или вертикальных рядов.

Указанные пары соосных отверстий расположены в шахматном порядке.

Диаметр отверстий и их количество определяют в зависимости от заданных параметров дросселирования газа.

Для удобства изготовления и обслуживания труба выполнена составной: из нижней перфорированной и верхней неперфорированной частей.

На чертеже изображен предлагаемый газовый дросселирующий сепаратор.

Сепаратор включает корпус с днищами. Корпус выполнен из двух соосно установленных цилиндрических обечаек 1 и 2, причем верхняя обечайка имеет меньший диаметр, чем нижняя, и ее нижняя кромка расположена внутри нижней обечайки. Верхняя обечайка 1 снабжена тангенциальным патрубком 3 для ввода очищаемого газа, например, продукции газовых или газоконденсатных скважин, патрубками 4 и 5 для вывода очищенного газа и жидкости (конденсата). В верхней части нижней обечайки 2 установлен отсекатель 6 жидкой фазы, верхняя кромка которого расположена с образованием кольцевой щели 7 между отсекателем 6 и верхней обечайкой 1, при этом нижняя часть отсекателя выполнена с образованием кольцевой камеры 8 для накопления шлама (жидкости с механическими примесями). Для вывода шлама из камеры 8 сепаратор снабжен патрубком 9. Соосно с корпусом сепаратора (цилиндрическими обечайками 1 и 2) установлена труба 10 для дросселирования и вывода газа, соединенная с патрубком 4 для вывода очищенного газа. В нижней части трубы 10 выполнена, по меньшей мере, одна пара либо соосно расположенных навстречу друг другу радиальных, либо установленных под одинаковым углом к оси трубы наклонных отверстий 11. В нижней части трубы 10 установлено регулировочное устройство цилиндрической формы, например поршень 12 для регулирования расхода и перепада давления между входной и выходной частью сепаратора, снабженный штоком 13 для его перемещения внутри трубы 10.

Для равномерного распределения газа в трубе 10 пары соосных радиальных отверстий 11 расположены с образованием горизонтальных и/или вертикальных рядов, предпочтительно в шахматном порядке. Количество и диаметр отверстий рассчитывают в зависимости от заданных параметров дросселирования газа. Площадь сечения отверстий 11 рассчитывается под заданные параметры расхода и перепада давлений. Проходя через соосные отверстия со сверхкритической скоростью, происходит торможение встречных струй и, как следствие, нагрев газа. Степень нагрева газа зависит от перепада давления на дросселирующие отверстия и наличия в газах испаряющихся жидких фаз.

Сепаратор снабжен патрубком 14 для вывода остаточной жидкости.

Для удобства изготовления и обслуживания труба 10 может быть выполнена составной: из верхней неперфорированной и нижней перфорированной частей.

Сепаратор работает следующим образом.

Очищаемую газовую смесь вводят по тангенциальному патрубку 3 в верхнюю часть сепаратора (в верхнюю обечайку 1), где она закручивается до критической скорости, разделяясь на два потока. Капельная жидкость с механическими примесями отбрасывается к стенке сепаратора, стекает по ней и через кольцевую щель 7 между трубой 9 и отсекателем 6 попадает в кольцевую камеру 8, где накапливается и выводится по патрубку 9. Газ, очищенный от загрязнений, направляется через кольцевое пространство между отсекателем 6 и трубой 10 в нижнюю часть сепаратора (нижнюю часть нижней обечайки 2), откуда попадает в дросселирующую часть сепаратора: проходит через соосные отверстия 11 в полость трубы 10 и уходит через выходной патрубок 4.

Расположение указанных пар соосных отверстий в шахматном порядке обеспечит равномерное распределение газа в трубе и улучшение сепарации. Струйки газа, проходящие через отверстия 11 со сверхзвуковой скоростью, направлены навстречу друг другу и, соударяясь, нагреваются, причем тепловая энергия при заданных расчетных параметрах расхода, сечении отверстий и перепадов давления превышает потерю тепловой энергии при дросселировании (эффект Джоуля-Томпсона). Кроме того, при таком расположении отверстий 11 подавляется шум истекающих из отверстий струй (исключается свист).

При необходимости регулируют режим работы сепаратора по расходу и перепаду давления: при уменьшении расхода газа поршень 12 перемещают вверх, перекрывая при этом нижние ряды отверстий 11 и сохраняя, тем самым, перепад давления в сепараторе. При увеличении расхода газа - наоборот, поршень 12 перемещают вниз, открывая отверстия в трубе 10. При аварийной ситуации выход газа может быть полностью закрыт путем перекрытия всех отверстий 11.

Использование предлагаемого газового дросселирующего сепаратора позволит по сравнению с прототипом повысить степень очистки газа за счет организации потока уловленной жидкой фазы с механическими примесями нисходящим потоком, что, кроме того, исключит вторичный ее унос. Кроме того, конструкция сепаратора обеспечит подогрев газов на выходе сепаратора и, в итоге - бесперебойную работу сепаратора и последующей аппаратуры, а также возможность снизить расход химреагентов для предотвращения гидратообразования или отказаться от них.

Кроме того, следует отметить снижение шума в процессе работы предлагаемого сепаратора за счет взаимного торможения встречных струй газа, истекающих из отверстий, соосно навстречу друг другу.

1. Газовый дросселирующий сепаратор, включающий корпус с днищами, патрубками для входа и выхода газа и дросселирующее устройство, отличающийся тем, что корпус выполнен из двух соосно установленных цилиндрических обечаек, верхняя из которых имеет меньший диаметр, причем ее нижняя кромка расположена внутри нижней обечайки, сепаратор снабжен отсекателем жидкой фазы, верхняя кромка которого расположена с образованием кольцевой щели между ней и верхней обечайкой, при этом нижняя часть отсекателя выполнена с образованием кольцевой камеры для накопления шлама, патрубок для входа газа установлен в верхней обечайке сепаратора и выполнен тангенциально, а дросселирующее устройство выполнено в виде трубы, соединенной с патрубком для вывода газа, в нижней части которой выполнена, по меньшей мере, одна пара либо соосно расположенных радиальных отверстий, либо установленных под одинаковым углом к оси трубы наклонных отверстий.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что в трубе установлено регулировочное устройство цилиндрической формы, например поршень, с возможностью осевого перемещения для перекрывания, по меньшей мере, одной пары указанных отверстий.

3. Сепаратор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанные пары соосных отверстий расположены с образованием горизонтальных и/или вертикальных рядов.

4. Сепаратор по п.3, отличающийся тем, что указанные пары соосных отверстий расположены в шахматном порядке.

5. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что диаметр отверстий и их количество определяют в зависимости от заданных параметров дросселирования газа.

6. Сепаратор по п.2, отличающийся тем, что диаметр отверстий и их количество определяют в зависимости от заданных параметров дросселирования газа.

7. Сепаратор по п.3, отличающийся тем, что диаметр отверстий и их количество определяют в зависимости от заданных параметров дросселирования газа.

8. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что диаметр отверстий и их количество определяют в зависимости от заданных параметров дросселирования газа.